基于石墨烯和TOPAS的双频极化可重构太赫兹天线

论文设计并研究了一种组合双频极化可重构太赫兹天线。器件的介质采用了石墨烯和TOPAS两种新型材料,实现可调谐极化转换和圆极化。其中TOPAS是一种很好的宽带太赫兹元件衬底材料,而石墨烯的化学势可以在0 eV和0.5 eV之间调节,使得该极化转换单元可以重建1THz(0.76THz~1.02THz)和2.5THz(2.43THz~2.6THz)波段的极化状态,在两个频段的带宽分别为0.26THz和0.17THz。圆极化天线和线极化天线的工作状态可以在0.7THz~0.75THz和0.96THz~1.04 THz切换,而不需要改变物理形状。同时论文分别对石墨烯天线、超表面和组合结构进行测试,验证了元件之间的性能不相互干扰,表明该天线在相关应用中有巨大的潜力。

一种应用于光电导太赫兹天线的可调方波电压源

设计了一种方波电压源,可用来代替光电导太赫兹天线系统中的机械斩波器。根据功能提出了方波电压源的总体设计结构,给出了DDS方波等电路的设计方案;再根据光电导太赫兹天线的参数要求和方波电压源的参数,通过调试和实验,设计的方波电压源实现了5 V^80 V可调方波电压的输出,方波电压最大幅度输出时误差<0.22%,能够满足太赫兹探测系统的需要,大大缩减太赫兹探测系统的体积,提高了太赫兹探测系统的效率。

太赫兹天线无相测试方法

文章给出了一种仅由幅度信息重构天线远场方向图的平面近场方法,以及由两组相互正交的线极化分量幅度信息获取圆极化天线方向图的远场(紧缩场)测试方法,并对该方法进行了实验验证。

片上太赫兹天线集成器件LT-GaAs外延转移工艺

提供了一种实现片上太赫兹天线集成器件光电导开关材料低温GaAs(LT-GaAs)外延层的转移工艺,使用HNO_3-NH_4OH-H_2O-C_3H_8O_7·H_2O溶液-H_2O_2-HCl腐蚀体系化学湿法腐蚀分子束外延(MBE)生长的外延材料,Hall测试表明MBE生长的此外延材料电阻率在106Ω·cm量级.剥离半绝缘GaAs(SI-GaAs)衬底层与Al_(0.9)Ga_(0.1)As牺牲层得到1.5μm LT-GaAs与环烯烃聚合物(COP)键合的结构.原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、高倍显微镜形貌表征表明剥离后的结构表面平整光滑,表面粗糙度(RMS)为2.28 nm,EDAX能谱仪分析显示该结构中不含Al组分,满足光刻形成光电导开关的要求.

一种基于3D打印技术的太赫兹天线设计

太赫兹天线工作频率高(100GHz^10THz),对加工、装配精度要求严苛。合理有效的天线结构设计是太赫兹天线工程化亟待解决的技术难题之一。文章结合型号研制了一套工作在93. 9GHz的太赫兹天线,并采用3D打印技术,详细阐述了天线结构、各组成结构材料和关键点,并根据使用环境,对天线结构进行了验证和电性能测试。地面试验结果表明,整套天线满足各项指标要求,也验证了该天线结构设计的合理性和有效性。本设计的创新点是极小尺寸双反天线的3D打印设计与工艺,且工艺方法和设计思路具有普遍性。基于3D打印的太赫兹天线将在航天领域得到越来越广泛的应用。

空间飞行器太赫兹天线指向误差补偿算法

空间飞行器指向误差严重影响太赫兹通信链路的可靠性,因此针对捕获、跟踪和瞄准系统不能对太赫兹天线指向误差实现完全补偿造成误差残留的问题,提出了对指向误差影响下的接收信号进行再次算法补偿的方案,评估了典型空间飞行器指向误差条件下算法的补偿效果。首先,建立指向误差影响下的信道模型,并分析指向误差带来的误比特率。然后,对比盲均衡(CMA)算法、自适应滤波算法(LMS、RLS)、卡尔曼滤波(KF)算法和粒子(PF)滤波算法的补偿效果。结果表明,粒子滤波算法的补偿效果是最优的,以OLYMPUS飞行器为例,PF算法比CMA算法、LMS和RLS算法、KF算法分别提高了3.07 d B、1.07 d B、1.01 d B、0.43 d B。

太赫兹透镜天线的进展研究

太赫兹天线是未来第六代移动通信(6G)的重要组成部分,其中太赫兹透镜天线因其高增益、稳定的辐射特性、低成本等优点,受到广泛关注。太赫兹透镜天线不存在馈源遮挡的问题,能够实现多种波束控制功能,其聚焦功能可应用于成像系统,也可在测试装置中起波束准直的作用。太赫兹制作工艺的进步使太赫兹透镜天线的加工精度更高、效果更好,也进一步促进太赫兹透镜天线的发展。本篇综述总结了近五年报道的太赫兹透镜天线,综合其功能、制作工艺、形态、应用场景等特点对它们进行介绍。

基于石墨烯超表面天线的太赫兹动态相位调控及波束扫描

太赫兹波频段介于毫米波和红外光之间,具有诸多优异特性,太赫兹天线更是太赫兹通信、雷达和成像等应用系统中的核心元器件。然而,目前报道的太赫兹天线均无法满足较大动态范围的相位扫描、高效率辐射和大偏转角度的需求。该文设计了3种石墨烯太赫兹天线,最小尺寸为5μm,并对其辐射效率和相位调控特性进行研究,进而提出具有双共振模式的石墨烯-金属太赫兹超表面天线,缓解了传统的基于单共振模式的相位动态调控范围和辐射效率之间的矛盾,实现了0~360°的动态相位调控,且辐射效率高于20%。该研究采用微加工工艺进行样品加工,通过改变栅极电压,在实验上获得了1.03 THz的太赫兹动态相位调控,反射率高于23%,与仿真结果基本吻合。在此基础上,该文基于连续相位编码设计了石墨烯超表面相控阵天线,理论上实现了太赫兹波束在-25°~25°范围内的实时波束偏转。该文为解决超表面相控阵天线的相位动态调控范围小、辐射效率低等难题提供了新的研究思路。

太赫兹超高斯波纹喇叭天线设计

设计了一种新型太赫兹(THz)超高斯波纹喇叭天线。它由正弦曲线部分和线性平行部分组成,可同时激励起HE11和HE12两种模式。该天线工作的中心频点为0.34 THz,带宽大于40 GHz。在本文设计中,高斯基模的能量耦合效率可提高到99.8%。同时具有-37 dB的旁瓣电平和-50 dB的交叉极化特性。仿真和实测结果也表明此天线的优良性能,可以看出仿真结果与实测结果非常吻合。

太赫兹通信军事应用领域发展动向与展望

太赫兹通信技术兼具微波通信和光通信优点,可解决当前无线系统的频谱稀缺和容量限制问题,成为重要的战略频谱资源,是未来通信技术发展的重要方向。利用文献调研法和专家咨询法,在梳理太赫兹通信技术发展基础上,重点介绍主要国家在太赫兹通信领域的布局情况,报道关键核心器件、太赫兹天线以及空间通信技术的最新研究进展。结合军事应用前景,该技术可为战斗机载网络提供下一代定向通信技术,可开发千兆安全的战场无线传感器网络,提高作战能力等。最后,展望太赫兹通信技术发展趋势:未来空间无线通信技术将成为通信发展的重要方向;开发小尺寸、高输出功率、低功耗、低成本和高度集成的太赫兹器件依然是未来太赫兹通信技术的发展重点;太赫兹通信安全是长期要开展的研究;人工智能辅助的太赫兹通信技术将成为新的研究方向。

太赫兹反射面天线测试方法综述

随着太赫兹科学技术的发展,太赫兹反射面天线在空间遥感辐射计和射电天文领域获得了应用,太赫兹天线测量对传统的天线测量技术提出了严峻的挑战。系统总结了反射面天线性能的传统测试方法:远场测试方法、近场测试方法和紧缩场测试方法。针对太赫兹反射面天线的测量问题,论述了远场测量技术、近场测量技术和紧缩场测量技术的可行性,分析了各自的特点及其局限性,指出了全息紧缩场在太赫兹反射面天线测量中,具有广阔的应用前景。

准太赫兹波段角锥波纹喇叭天线的设计

波纹喇叭天线是20世纪70年代出现的用于微波天线的一种新型器件,它结构紧凑、加工方便、成本较低。不仅如此,它还是一种高效率的馈源,它的方向图具有低旁瓣、轴对称、交叉极化小等一系列优点,因而得到广泛的应用。文中介绍了准太赫兹角锥波纹喇叭天线的基本设计思想。设计了一种工作在140 GHz左右频段的E面波纹角锥喇叭天线。计算机模拟达到了相对于平壁角锥喇叭来说较小波瓣宽度,极低旁瓣电平,E,H面波瓣图趋同的效果。

片上自卷曲太赫兹三维螺旋阵列天线仿真设计

当前片上天线的结构形式均局限在二维或二维半的空间内,衬底引入的寄生效应严重,天线的增益和效率相对较低。为了解决上述问题,本文提出一种基于氮化硅(SiNx)自卷曲薄膜(S-RuM)纳米技术的片上太赫兹螺旋阵列天线的加工和设计方法。通过对SiNx自卷曲薄膜结构的设计,实现了对三维螺旋结构的内直径、螺距和匝数等特征参数的精确控制,并且其制造工艺与常规半导体工艺完全兼容。HFSS有限元仿真结果表明具有反射环结构的5匝单螺旋天线的相对带宽为9%,增益可达到9.8dB@0.3THz,半功率波束宽度为45°;2×1阵列的增益可达到12.3dB。

顶加载分形光子晶体太赫兹波段天线设计

针对太赫兹设备对于太赫兹波段天线的性能要求,创造性地将顶加载技术、分形结构、光子晶体结构、偶极子天线、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜基质相结合,设计了一款顶加载分形光子晶体太赫兹波段天线,制作了天线样品,对天线的回波损耗和方向图特性分别进行了仿真和实测,详细讨论了介质基板参数变化对天线性能的影响。仿真和测试结果表明,该款天线工作中心频率在1 THz附近,回波损耗最小值小于-20 dB,绝对工作带宽大于0.1 THz,相对工作带宽大于10%。该款天线尺寸小、辐射性能稳定、工作带宽大,在太赫兹波段领域具有广阔的应用前景。

太赫兹波段三维渐变介电常数阵列天线

太赫兹技术应用领域的不断扩展,要求太赫兹波段天线具有更强的辐射特性和更宽的工作频段。本文使用三维渐变介电常数陶瓷基板作为天线介质基板,创造性地将矩形环嵌套阵元天线和矩形阵列结构相结合,设计了一款太赫兹波段三维渐变介电常数阵列天线,制作了天线样品进行测试。测试结果表明,该款天线的工作中心频率为1.032THz,回波损耗最小值为-42.34d B,天线工作频带范围为0.873~1.476THz,绝对工作带宽为0.603THz,相对工作带宽为51.34%。该款天线在尺寸压缩方面有较大优势,具有较为充裕的性能冗余,是目前已知的工作带宽最大的太赫兹波段天线,有望得到广泛应用。

太赫兹高增益天线测量技术的可行性分析

对于高增益天线,当频率达到太赫兹频段时,传统的天线测量技术均面临巨大挑战。针对太赫兹高增益天线的测量问题,论述了各种天线测量技术,如远场法、近场法和紧缩场法的可行性,分析了其各自的特点及其应用在太赫兹频段的局限性,基于全息的紧缩场测量技术在太赫兹高增益天线测量中,具有广阔的应用前景。

基于金属阵列等离子体共振增强的太赫兹光电导天线设计

针对传统太赫兹光电导天线输出功率较低的问题,设计了一种基于金属阵列等离子体共振增强的太赫兹光电导天线,以提高太赫兹光电导天线的输出功率。通过对电磁波和半导体的物理场进行了理论分析,并建立了太赫兹光电导天线模型,利用COMSOL多物理场有限元软件进行了仿真实验研究。仿真计算了金属阵列等离子体共振增强结构不同周期宽度与高度下半导体基底对800 nm激光的光吸收量,得到了一种优化的金属阵列等离子体共振增强结构,然后计算该结构的太赫兹光电导天线的光电流,同时仿真计算了传统太赫兹光电导天线的光电流。研究结果表明:设计得到的金属阵列等离子体共振增强太赫兹光电导天线比传统太赫兹光电导天线光电流增强了约20倍,为等离子体共振增强的太赫兹光电导天线提供了依据。

一种基于微\纳米加工技术的新型太赫兹片上螺旋天线

给出了一种基于微\纳米加工技术的3D片上天线结构,天线工作频率为1.5 THz。该天线结构包含圆柱形金属螺旋和衬底上的微带馈线2个部分。所提出的天线结构可以在单片晶圆上利用微\纳米加工技术实现,且方便与系统其他部分的电路集成于同一芯片内部。天线在1.4 THz～1.6 THz频段内具有很高的增益(11 dBi)和很宽的工作带宽(200 GHz),非常适合应用于太赫兹通信系统。

基于介质透镜的太赫兹光电导天线研究

太赫兹光电导天线作为常用的太赫兹源,由于其表面波效应的存在,使得太赫兹光电导天线的转换率变低。为了消除该效应,提高其方向性成为了研究人员的研究热点。选取蝶形天线作为太赫兹源,通过理论分析与CST模拟仿真,确定了蝶形天线的臂长与角度,并在此基础上对低温砷化镓基底材料的厚度进行优化。并引入介质透镜,通过对其半径及扩展比进行理论与数值分析,分析结果表明添加了硅扩展半球透镜的光电导天线相对于不加透镜的,其方向性提高了15%,更好地满足了太赫兹源的使用条件。

准光技术在太赫兹技术中的应用

太赫兹技术是近些年电磁领域的一个重要研究热点,有大量研究文献。本文首先阐述了当把各个太赫兹组件集成以构建太赫兹系统时需解决的一个重要问题,太赫兹信号的传输与组件连接。接着介绍准光技术的特点,说明准光技术在构建太赫兹系统时的应用,给出了包括成像系统在内的一些系统构建例子,同时给出用准光技术实现功率合成与波束扫描太赫兹天线的例子。